JP6803829B2 - Catalyst module and catalyst reactor - Google Patents
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Description
本発明は、触媒モジュールに関し、特に、プリーツ状配置の構造触媒体を用いる触媒モジュールに関する。 The present invention relates to a catalyst module, and more particularly to a catalyst module using a pleated structural catalyst.
関連出願データ
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に従って２０１４年７月２９日に提出された米国仮特許出願第６２／０３０，４２７号に対する優先権を主張するものであり、当該米国仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
Related Application Data This application claims priority over U.S. Provisional Patent Application No. 62/030,427 filed on July 29, 2014 in accordance with Article 119 (e) of the U.S. Patent Act. The entire provisional patent application shall be incorporated herein by reference.
脱窒素又は選択的触媒還元（ＳＣＲ）技術は、一般に、触媒反応器を通過する際の窒素酸化物の除去のために燃焼由来の煙道ガスに適用される。脱窒素は、二原子窒素（Ｎ２）及び水の生成をもたらす、窒素酸化物（ＮＯ）又は二酸化窒素（ＮＯ２）などのガス中の酸化窒素種とアンモニア又は尿素などの窒素含有還元剤との反応を含む。また、触媒により分解されない煙道ガスの他の化学種を除去するために、様々な吸収技術又は捕集技術が使用される。 Denitrification or selective catalytic reduction (SCR) techniques are generally applied to combustion-derived flue gases for the removal of nitrogen oxides as they pass through catalytic reactors. Denitrification involves nitrogen oxide species in gases such as nitrogen oxides (NO) or nitrogen dioxide (NO 2 ) and nitrogen-containing reducing agents such as ammonia or urea that result in the production of diatomic nitrogen (N 2 ) and water. Including the reaction of. Also, various absorption or collection techniques are used to remove other chemical species of flue gas that are not decomposed by the catalyst.
触媒反応器という用語は、一般に、触媒を含む容器を説明するために使用される。触媒反応器は、一般に、排気ガス流と触媒構造体の触媒活性成分との接触を可能にする排気ガス流路を含む触媒構造体を含む。モジュール式の触媒反応器の触媒構造体は、一般的に、多数のモジュール化された部分から構成される。それぞれのモジュール化された部分は、多数の触媒体を適所に保持する金属製支持枠組みを含み、必要に応じて、触媒体を通過する排気流の適切な流れ分布のために、触媒体の間に封止材料又は充填材料が使用される。触媒体は触媒組成物を含み、触媒体を通る排気ガス流のための流路又は通路を定める物理的構造を示す。 The term catalytic reactor is commonly used to describe a container containing a catalyst. Catalytic reactors generally include a catalytic structure that includes an exhaust gas flow path that allows the exhaust gas flow to come into contact with the catalytically active component of the catalytic structure. The catalytic structure of a modular catalytic reactor is generally composed of a number of modular parts. Each modularized portion contains a metal support framework that holds a large number of catalysts in place, and optionally between the catalysts for proper flow distribution of the exhaust flow through the catalysts. A sealing material or filling material is used for. The catalyst comprises a catalyst composition and exhibits a physical structure that defines a flow path or passage for exhaust gas flow through the catalyst.
多くの場合、触媒反応器のモジュール化された部分を流れる排気ガス流は圧力損失を起こす。圧力損失は、排気ガス流の流れを妨害又は阻止する構造、摩擦力及び他の要因に起因し得る。圧力損失は様々な非効率性をもたらし、発電のような産業上の利用中に寄生電力損失を生じる可能性がある。 In many cases, the exhaust gas flow through the modularized portion of the catalytic reactor causes pressure loss. Pressure loss can be due to structures, frictional forces and other factors that impede or block the flow of exhaust gas. Pressure drop results in various inefficiencies and can result in parasitic power loss during industrial applications such as power generation.
一態様において、触媒モジュール及び触媒反応器が提供され、これらは、一部の実施形態において、非効率性及び／又は流体流の圧力損失に関連する問題を軽減する。例えば、本明細書に記載される触媒モジュール及び／又は触媒反応器は、窒素酸化物の選択的還元及び／又は他の触媒反応における触媒性能を低下又は実質的に低下させることなく圧力損失の低減をもたらすことができる。触媒モジュールはプリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含み、構造触媒体はプリーツ入口面及びプリーツ出口面を形成し、構造触媒体の内部隔壁によって画定された流体流の通路がプリーツ入口面からプリーツ出口面まで延びている。プリーツ入口面はモジュールの入口面と角度（δ）を形成する。一部の実施形態において、角度（δ）は約５度から約８５度の範囲である。 In one aspect, catalytic modules and catalytic reactors are provided, which, in some embodiments, alleviate problems associated with inefficiency and / or fluid flow pressure loss. For example, the catalytic modules and / or catalytic reactors described herein reduce pressure loss without reducing or substantially reducing catalytic performance in selective reduction and / or other catalytic reactions of nitrogen oxides. Can be brought. The catalyst module contains a layer of structural catalyst arranged in the form of pleats, the structural catalyst forms a pleated inlet surface and a pleated outlet surface, and the fluid flow path defined by the internal partition of the structural catalyst is the pleated inlet. It extends from the surface to the pleated exit surface. The pleated inlet surface forms an angle (δ) with the module inlet surface. In some embodiments, the angle (δ) ranges from about 5 degrees to about 85 degrees.
また、本明細書に記載される触媒反応器は、プリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含む少なくとも１つのモジュールを含む。構造触媒体はプリーツ入口面及びプリーツ出口面を形成し、構造触媒体の内部隔壁によって画定された流体流の通路がプリーツ入口面からプリーツ出口面まで延びている。プリーツ入口面はモジュールの入口面と角度（δ）を形成する。一部の実施形態において、角度（δ）は約５度から約８５度の範囲である。 Also, the catalytic reactors described herein include at least one module that includes a layer of structural catalyst arranged in the form of pleats. The structural catalyst forms a pleated inlet surface and a pleated outlet surface, and a fluid flow passage defined by an internal partition wall of the structural catalyst extends from the pleated inlet surface to the pleated outlet surface. The pleated inlet surface forms an angle (δ) with the module inlet surface. In some embodiments, the angle (δ) ranges from about 5 degrees to about 85 degrees.
これら及び他の実施形態は、以下の詳細な説明においてさらに詳細に説明される。 These and other embodiments will be described in more detail in the detailed description below.
本明細書に記載される実施形態は、以下の詳細な説明及び実施例、ならびにそれらの前後の説明の参照によってより容易に理解されることができる。しかしながら、本明細書に記載される要素及び装置は、詳細な説明で提示された特定の実施形態に限定されない。これらの実施形態は本発明の原理の例示にすぎないことが認識されるべきである。多くの修正及び適合が、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく当業者には容易に分かるであろう。 The embodiments described herein can be more easily understood by reference to the following detailed description and examples, as well as the description before and after them. However, the elements and devices described herein are not limited to the particular embodiments presented in the detailed description. It should be recognized that these embodiments are merely exemplary of the principles of the invention. Many modifications and adaptations will be readily apparent to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.
Ｉ．触媒モジュール
本明細書に記載される触媒モジュールはプリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含み、構造触媒体はプリーツ入口面及びプリーツ出口面を形成し、構造触媒体の内部隔壁によって画定された流体流の通路はプリーツ入口面からプリーツ出口面まで延びている。プリーツ入口面はモジュールの入口面と角度（δ）を形成する。δは、本発明の目的と矛盾しない任意の値を有するように選択されることができる。一部の実施形態において、δは表Ｉに示す値から選択される。
ここで図１を参照すると、構造触媒体から形成されたプリーツ状触媒層の２つのプリーツ部分が示されている。構造触媒体は、本発明の目的と矛盾しない任意の数のプリーツを設けるように配置されることができる。プリーツの形式の形成において、構造触媒体（１２）は、モジュール（１０）の入口面（１４）と角度（δ）を形成するプリーツ入口面（１３）を提供する。構造触媒体（１２）によって形成される個々のプリーツ入口面（１３）は、幅ｓを有し、流体を触媒層（１１）に通すためのモジュール開口面積（ｍｏａ）を提供する。図１における矢印（１６）は、触媒体（１２）によって形成されたプリーツ入口面（１３）を通る流体の流れを示す。プリーツ入口面（１３）は触媒モジュール（１０）の入口面（１４）から角度（δ）で配置されているので、流体の流れ（１６）は構造触媒体（１２）を通過するためにモジュール流入方向（１７）から向きを変えなければならない。本明細書に記載されるように、流体は、プリーツ入口面（１３）からプリーツ出口面（１５）まで延びる内部隔壁によって画定された流路を通って構造触媒体（１２）を通過する。一部の実施形態において、プリーツ入口面（１３）及びプリーツ出口面（１５）を形成する構造触媒体（１２）は、セメント又は接着剤で互いに結合されて一体型ハニカム構造を形成する。或いは、プリーツ入口面（１３）及びプリーツ出口面（１５）を形成する構造触媒体（１２）は、充填材料によって互いに分離される。図５は、本明細書に記載される一実施形態によるモジュールの構造触媒体のプリーツ状配置の斜視図を示す。図５に示すように、プリーツ入口面（１３）及びプリーツ出口面（１５）は、個々のハニカム構造触媒体（１２）から形成されている。 Here, with reference to FIG. 1, two pleated portions of the pleated catalyst layer formed from the structural catalyst are shown. The structural catalyst can be arranged to provide any number of pleats consistent with the object of the present invention. In the formation of the pleated form, the structural catalyst (12) provides a pleated inlet surface (13) that forms an angle (δ) with the inlet surface (14) of the module (10). The individual pleated inlet surfaces (13) formed by the structural catalyst (12) have a width s and provide a module opening area (moa) for the fluid to pass through the catalyst layer (11). The arrow (16) in FIG. 1 indicates the flow of fluid through the pleated inlet surface (13) formed by the catalyst body (12). Since the pleated inlet surface (13) is arranged at an angle (δ) from the inlet surface (14) of the catalyst module (10), the fluid flow (16) flows into the module to pass through the structural catalyst (12). You have to change direction from direction (17). As described herein, the fluid passes through the structural catalyst (12) through a flow path defined by an internal partition that extends from the pleated inlet surface (13) to the pleated exit surface (15). In some embodiments, the structural catalysts (12) forming the pleated inlet surface (13) and the pleated outlet surface (15) are bonded together with cement or an adhesive to form an integral honeycomb structure. Alternatively, the structural catalyst (12) forming the pleated inlet surface (13) and the pleated outlet surface (15) is separated from each other by the filling material. FIG. 5 shows a perspective view of the pleated arrangement of the structural catalyst of the module according to one embodiment described herein. As shown in FIG. 5, the pleated inlet surface (13) and the pleated outlet surface (15) are formed from individual honeycomb structure catalyst bodies (12).
触媒モジュール（１０）は、本発明の目的と矛盾しない任意のパーセント開口面積（開口面積率）を有することができる。例えば、一部の実施形態において、触媒モジュール（１０）は、表ＩＩから選択されるパーセント開口面積を有する。
また、構造触媒体（１２）の端部は、入口面（１３）と出口面（１５）との間に延びる奥行きｄを有する。奥行きｄは、流体の通過が阻止されるモジュール閉鎖面積（ｍｂａ）を定める。ｍｂａの領域に入る流体は、プリーツ入口面（１３）に向け直され、構造触媒体（１２）を通って流れる。構造触媒体（１２）のプリーツ状配置はまた、奥行きＤ及びプリーツ幅Ｐを有し、モジュールの全幅はＷである。 Further, the end portion of the structural catalyst body (12) has a depth d extending between the inlet surface (13) and the outlet surface (15). The depth d determines the module closure area (mba) at which the passage of fluid is blocked. The fluid entering the mba region is directed towards the pleated inlet surface (13) and flows through the structural catalyst (12). The pleated arrangement of the structural catalyst (12) also has a depth D and a pleated width P, and the overall width of the module is W.
前述のパラメータが与えられた状態で、触媒モジュールは、一部の実施形態において、以下の式（１）の条件を満たし、
さらに、触媒モジュールは、０．００１から０．５までのｄ／ｓの比を示すことができる。一部の実施形態において、ｄ／ｓ比は０．００３から０．３の範囲である。前述の条件の１つ以上を満たすことによって、触媒性能を犠牲にすること及び／又は触媒性能を維持するためにモジュールへの著しい構造的な変更を必要とすることなく、構造触媒体のプリーツ状配置を有する触媒層がモジュールによる圧力損失を低減できることが見出された。 In addition, the catalyst module can exhibit a ratio of d / s from 0.001 to 0.5. In some embodiments, the d / s ratio ranges from 0.003 to 0.3. By satisfying one or more of the above conditions, the pleated form of the structural catalyst without sacrificing catalytic performance and / or requiring significant structural changes to the module to maintain catalytic performance. It has been found that the catalyst layer with the arrangement can reduce the pressure loss due to the module.
構造触媒体のプリーツ状配置は、モジュール内の触媒体の従来の配置とは著しく対照的である。図２は、モジュール（２０）内の構造触媒体（２４）の従来の配置を示す。図２は、従来の触媒モジュール（２０）の入口側の平面図を示す。触媒モジュール（２０）は、触媒モジュール（２０）内に配置された構造触媒体（２４）を支持するための開放された金属製枠組み（２２）を含む。構造触媒体（２４）は、ガス流の方向に対して垂直な触媒体の入口面と並んで配置される。ガス流の方向に対して垂直であるとき、触媒体（２４）の入口面はモジュール（２０）の入口面と平行であり、結果としてモジュールと触媒体の入口面との間の角度が０度となる。図２に示す触媒モジュール（２０）は、枠組み（２２）の開放性を示すために部分的にのみ触媒体（２４）で満たされている。触媒体（２４）の間には、流体流の流れが触媒体（２４）を迂回するのを防止するために充填材料が設けられている。図２に示すモジュールの有効な触媒の断面積は、モジュールの枠組み（２２）の断面積を超えない。 The pleated arrangement of structural catalysts is in sharp contrast to the conventional arrangement of catalysts within the module. FIG. 2 shows the conventional arrangement of the structural catalyst (24) within the module (20). FIG. 2 shows a plan view of the inlet side of the conventional catalyst module (20). The catalyst module (20) includes an open metal framework (22) for supporting the structural catalyst (24) disposed within the catalyst module (20). The structural catalyst (24) is arranged side by side with the inlet surface of the catalyst perpendicular to the direction of the gas flow. When perpendicular to the direction of the gas flow, the inlet surface of the catalyst body (24) is parallel to the inlet surface of the module (20), resulting in an angle of 0 degrees between the module and the inlet surface of the catalyst body. Will be. The catalyst module (20) shown in FIG. 2 is only partially filled with the catalyst (24) to show the openness of the framework (22). A filling material is provided between the catalyst bodies (24) to prevent the flow of the fluid flow from bypassing the catalyst body (24). The cross-sectional area of the effective catalyst of the module shown in FIG. 2 does not exceed the cross-sectional area of the module framework (22).
本明細書に記載されるプリーツ状の層に用いる構造触媒体は、流体流入口面と、流体流出口面と、入口面から出口面まで延びる内部隔壁によって画定された流路とを含む。構造触媒体は、様々な流路の構造を示すことができる。例えば、構造触媒体は、外周壁と、外周壁内に配置された複数の内部隔壁とを含む、ハニカムデザインを有することができる。図３は、本明細書に記載される一実施形態によるハニカム状構造触媒体を示す。図３の構造触媒体（３０）は、外周壁（３１）と、複数の内部隔壁（３２）とを含む。内部隔壁（３２）は、ハニカム状構造触媒体（３０）を長手方向に貫通する複数の流路又はセル（３３）を画定する。内部隔壁（３２）とそれらの外周壁（３１）との接合部は、隣接する流路（３３）の境界として機能する。図３に示すハニカム状構造触媒体の流路（３３）の断面形状は正方形なので、内部隔壁（３２）は等しい又は実質的に等しい幅を有する。 The structural catalyst used for the pleated layer described herein includes a fluid inlet surface, a fluid outlet surface, and a flow path defined by an internal partition wall extending from the inlet surface to the outlet surface. Structural catalysts can exhibit the structure of various channels. For example, the structural catalyst can have a honeycomb design that includes an outer peripheral wall and a plurality of internal partition walls arranged within the outer peripheral wall. FIG. 3 shows a honeycomb-shaped structural catalyst according to one embodiment described herein. The structural catalyst (30) of FIG. 3 includes an outer peripheral wall (31) and a plurality of internal partition walls (32). The internal partition wall (32) defines a plurality of flow paths or cells (33) penetrating the honeycomb-shaped structural catalyst (30) in the longitudinal direction. The joint between the internal partition wall (32) and their outer peripheral wall (31) functions as a boundary between adjacent flow paths (33). Since the cross-sectional shape of the flow path (33) of the honeycomb-shaped structural catalyst shown in FIG. 3 is square, the internal partition walls (32) have equal or substantially the same width.
流路の断面形状は、三角形、正方形、長方形又は六角形などの名目上の多角形であることもできる。一部の実施形態において、流路の断面形状は、円形又は楕円形又は環状扇形などの多角形と湾曲形状との組み合わせであることができる。また、触媒体の外周壁の外周の断面形状は、正方形、長方形、円形、楕円形、パイを切った形又は四分円形などの扇形、又は任意の他の幾何学的形状若しくは所与の用途に都合のよい形状であることができる。 The cross-sectional shape of the flow path can also be a nominal polygon such as a triangle, square, rectangle or hexagon. In some embodiments, the cross-sectional shape of the flow path can be a combination of a polygonal shape, such as a circular or elliptical or annular fan shape, and a curved shape. Also, the cross-sectional shape of the outer circumference of the outer wall of the catalyst is a fan shape such as square, rectangular, circular, oval, pie-cut or quadrant, or any other geometric shape or given application. It can be a convenient shape.
さらに、本明細書に記載されるプリーツ状配置に段ボール状の構造触媒体を使用することができる。図４は、本明細書に記載される一実施形態による段ボール状の構造触媒体の一部の断面を示す。構造触媒体（４０）の流路（４１）は、内部隔壁（４２，４３）によって画定される。内部隔壁（４２，４３）及びそれらの接合部又は相互の交差部は、隣接する流路（４１）の境界として機能する。図４に示すように、段ボール状の触媒体（４０）は、ＡとＣとの距離によって定められる幅を有する平らな内部隔壁（４３）を含む。段ボール状の触媒体はまた、ＡとＢとの距離によって定められる幅を有する湾曲した内部隔壁（４２）を有する。また、点Ａ、Ｂ、Ｃにおける内部隔壁（４２，４３）の相互の交差部は、例えば、センターポスト構造（４６）を提供する。 Further, a corrugated cardboard-like structural catalyst can be used for the pleated arrangement described herein. FIG. 4 shows a cross section of a part of the corrugated cardboard-like structural catalyst according to one embodiment described in the present specification. The flow path (41) of the structural catalyst (40) is defined by internal partition walls (42, 43). The internal bulkheads (42, 43) and their joints or intersections with each other serve as boundaries for adjacent flow paths (41). As shown in FIG. 4, the corrugated cardboard-like catalyst body (40) includes a flat internal partition wall (43) having a width determined by the distance between A and C. The corrugated cardboard-like catalyst also has a curved internal bulkhead (42) with a width determined by the distance between A and B. Also, the intersections of the internal bulkheads (42, 43) at points A, B, C provide, for example, a center post structure (46).
本明細書に記載されるプリーツの形式で配置された構造触媒体は、任意の所望のセル密度又は流路密度を有することができる。構造触媒体は、例えば、５０セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）から９００ｃｐｓｉまでのセル密度を有することができる。また、構造触媒体は、任意の所望の組成物から形成されることができる。構造触媒体の組成物は、目的の触媒反応、触媒の表面積及び構造触媒体のサイズ要件を含むいくつかの要因に従って選択されることができる。構造触媒体は、単官能性又は多官能性の触媒活性を示すことができる。 The structural catalysts arranged in the form of pleats described herein can have any desired cell density or channel density. Structural catalysts can have cell densities ranging from, for example, 50 cells / square inch (cpsi) to 900 cpsi. Also, the structural catalyst can be formed from any desired composition. The composition of the structural catalyst can be selected according to several factors including the desired catalytic reaction, surface area of the catalyst and size requirements of the structural catalyst. Structural catalysts can exhibit monofunctional or polyfunctional catalytic activity.
一部の実施形態において、構造触媒体は、窒素酸化物の選択的触媒還元に適している。このような実施形態において、触媒体は、５０〜９９．９重量％の無機酸化物組成物及び少なくとも０．１重量％の触媒活性金属官能基を含む化学組成物から形成されることができる。無機酸化物組成物は、限定はしないが、チタニア（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、及び／又はそれらの混合物を含むことができる。また、一部の実施形態において、触媒活性金属官能基は、限定はしないが、金、白金、イリジウム、パラジウム、オスミウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）又は他の貴金属又はそれらの混合物を含む。さらなる実施形態において、化学組成物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの他の酸化物、ガラス繊維などの補強剤、及び／又は押出助剤を最大で３０重量％まで含むことができる。さらに、化学的組成物は実質的に均一であることができる。
In some embodiments, the structural catalyst is suitable for selective catalytic reduction of nitrogen oxides. In such an embodiment, the catalyst can be formed from a chemical composition containing 50-99.9% by weight of an inorganic oxide composition and at least 0.1% by weight of a catalytically active metal functional group. The inorganic oxide composition can include, but is not limited to, titania (TiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), and / or a mixture thereof. Further, in some embodiments, the catalytically active metal functional group include, but are not limited to, gold, platinum, iridium, palladium, osmium, rhodium, rhenium, ruthenium, vanadium pentoxide (
一部の実施形態において、本明細書に記載されるモジュールで使用される構造触媒体は、米国特許第７，７７６，７８６号、第７，８０７，１１０号、第７，８３３，９３２号及び第７，３９０，４７１号のいずれか１つに記載される構造を有し、これらの米国特許の各々はその全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。また、構造触媒体は、米国特許出願公開第２０１２／００８７８３５号に記載される構造を有することができ、この米国特許出願公開はその全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。 In some embodiments, the structural catalysts used in the modules described herein are U.S. Pat. Nos. 7,776,786, 7,807,110, 7,833,932 and It has the structure described in any one of Nos. 7, 390, 471, and each of these US patents shall be incorporated herein by reference in its entirety. Structural catalysts may also have the structures described in US Patent Application Publication No. 2012/0087835, which US Patent Application Publication is incorporated herein by reference in its entirety.
触媒モジュール、プリーツ状触媒層及び関連する構造触媒体は、一部の実施形態において、発電所などの大型の定置燃焼源から発生する窒素酸化物の選択的触媒還元を含む、工業用流体処理用途での使用に適した設計及び寸法を有する。本明細書に記載される触媒モジュールは、ＨＲＳＧ又はガスタービン排気ガス処理システムに適用されることができる。 Catalyst modules, pleated catalyst layers and related structural catalysts are used in some embodiments for industrial fluid treatment applications, including selective catalytic reduction of nitrogen oxides generated from large stationary combustion sources such as power plants. It has a design and dimensions suitable for use in. The catalyst modules described herein can be applied to HRSG or gas turbine exhaust gas treatment systems.
ＩＩ．触媒反応器
別の態様において、触媒反応器が提供される。本明細書に記載される触媒反応器は、プリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含む少なくとも１つのモジュールを含む。構造触媒体はプリーツ入口面及びプリーツ出口面を形成し、構造触媒体の内部隔壁によって画定された流体流の通路がプリーツ入口面からプリーツ出口面まで延びている。プリーツ入口面はモジュールの入口面と角度（δ）を形成する。一部の実施形態において、触媒反応器は、プリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含む複数のモジュールを含む。プリーツの形式及び関連する構造触媒体は、上記第Ｉ節に記載される任意の特性、構造及び／又は設計を有することができる。一部の実施形態において、触媒反応器のモジュールは、異なるプリーツの形式の触媒層を使用する。構造触媒体のプリーツの形式は、例えば、触媒反応器内のモジュールの場所又は位置に特有の流体流の流れ状態に合わせて調整されることができる。
II. Catalytic Reactor In another embodiment, a catalytic reactor is provided. The catalytic reactors described herein include at least one module that includes a layer of structural catalyst arranged in the form of pleats. The structural catalyst forms a pleated inlet surface and a pleated outlet surface, and a fluid flow passage defined by an internal partition wall of the structural catalyst extends from the pleated inlet surface to the pleated outlet surface. The pleated inlet surface forms an angle (δ) with the module inlet surface. In some embodiments, the catalytic reactor comprises a plurality of modules that include a layer of structural catalyst arranged in the form of pleats. The pleated form and associated structural catalyst can have any of the properties, structures and / or designs described in Section I above. In some embodiments, the catalyst reactor module uses catalyst layers of different pleated form. The pleated form of the structural catalyst can be adjusted, for example, to the flow conditions of the fluid flow specific to the location or location of the module within the catalytic reactor.
プリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含むモジュールを使用する触媒反応器は、一部の実施形態において、以下の式（２）の関係を満たし、
一部の実施形態において、Ｘ＜０．０１である。前述の関係を満たすことにより、触媒反応器は、モジュールの奥行きの実質的な増大なしに、高い触媒ポテンシャル及び触媒活性を維持しながら、望ましい圧力損失値を達成することが可能になる。したがって、本明細書に記載される構造触媒体のプリーツ状配置は、既存のモジュール及び触媒反応器の構造に適用することができる。いくつかのパラメータを変更して触媒反応器が式（２）を満たすようにすることができる。これらのパラメータは、構造触媒体の配置によって形成されたプリーツの数、プリーツの角度、モジュールの奥行き（Ｄｍ）及びモジュールの開口面積（ｍｏａ）を含む。また、式２のｘの許容範囲は、プリーツの形式で配置された構造触媒体のｃｐｓｉに従って変化し得る。例えば、表ＩＶは、プリーツの形式で配置された触媒体のいくつかのｃｐｓｉ値に対する式２のパラメータの値と結果として生じるｘの範囲とを示す。
プリーツの形式で配置された構造触媒体の層を含むモジュールを使用する触媒反応器は、一部の実施形態において、以下の式（３）の関係を満たし、
）単位での煙道ガスの体積流量であり、Ｖは立方メートル単位での触媒反応器の触媒容積であり、ＡＰは単位容積当たりの濡れ面積（ｍ２／ｍ３）であり、ｕｉｎｆは、触媒反応器のすぐ上流の平均自由流速度である。一部の実施形態において、ｙは表Ｖから選択される値を有する。
本明細書に記載される触媒反応器は、様々な流体流処理用途に使用されることができる。一部の実施形態において、触媒反応器は、排気ガス流又は煙道ガス流内の窒素酸化物の選択的触媒還元に適用される。排気ガス流又は煙道ガス流は、発電所及び／又は製造工程中の炭化水素の燃焼のための装置を含む、工業用の定置燃焼源から発生し得る。例えば、排気ガス流又は煙道ガス流は、２５０ポンド（１１３．３９８ｋｇ）／時間から１，０００，０００ポンド（４５３，５９２．３７ｋｇ）／時間までの流量で本明細書に記載される触媒反応器及びモジュールに供給される。一部の実施形態において、排気ガス流又は煙道ガス流は、表ＶＩから選択される流量で本明細書に記載される触媒モジュール及び触媒反応器に供給される。
本発明の様々な実施形態は、本発明の様々な目的を達成するために記載されている。これらの実施形態は本発明の原理の例示にすぎないことが認識されるべきである。それらの多くの修正及び適合が、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく当業者には容易に分かるであろう。 Various embodiments of the present invention have been described to achieve various objects of the present invention. It should be recognized that these embodiments are merely exemplary of the principles of the invention. Many of these modifications and conformances will be readily apparent to those skilled in the art without departing from the gist and scope of the invention.
Claims (12)
ｎ個のプリーツを有するプリーツの形式で配置された構造触媒体（１２）の層を含み、
前記構造触媒体（１２）はプリーツ入口面（１３）及びプリーツ出口面（１５）を形成し、
前記触媒モジュールの幅はＷであり、
前記プリーツ入口面の幅はｓであり、
前記構造触媒体（１２）は流体流入口面（１４）と流体流出口面との間に延びる奥行き（ｄ）を有し、
前記構造触媒体（１２）の内部隔壁によって画定される流体流の通路は前記プリーツ入口面（１３）から前記プリーツ出口面（１５）まで延び、
前記プリーツ入口面（１３）は前記触媒モジュールの入口面（１４）と５５度から８７度までの角度（δ）を形成し、
前記層は５０から８５までの開口面積率を有し、
ｄ／ｓ比の範囲は０．００３から０．３であり、
Ｗ／２ｎｓの値は０．１〜０．９であり、
前記構造触媒体は、セメント又は接着剤で互いに結合されてモノリシックハニカム構造を形成する、触媒モジュール。 It ’s a catalyst module,
Includes a layer of structural catalyst (12) arranged in the form of pleats with n pleats.
The structural catalyst (12) forms a pleated inlet surface (13) and a pleated outlet surface (15).
The width of the catalyst module is W.
The width of the pleated entrance surface is s.
The structural catalyst (12) has a depth (d) extending between the fluid inlet surface (14) and the fluid outlet surface.
The fluid flow passage defined by the internal partition wall of the structural catalyst (12) extends from the pleated inlet surface (13) to the pleated outlet surface (15).
The pleated inlet surface (13) forms an angle (δ) with the inlet surface (14) of the catalyst module from 55 degrees to 87 degrees.
The layer has an opening area ratio of 50 to 85 and
The range of d / s ratio is 0.003 to 0.3.
The value of W / 2ns is Ri 0.1 to 0.9 Der,
The structural catalyst body, that form a monolithic honeycomb structure are coupled together by a cement or adhesive, the catalyst module.
ここで、ｘは０．００１〜０．１であり、
ｄｐは現場で測定した前記触媒反応器の前後の静圧差（水柱インチ）であり、
Ｐは、Ｐ＝−ｌｎ（１−ｄｅＮＯｘ ／１００）／マージンで定義され、ｄｅＮＯｘは前記触媒反応器のＮＯｘ除去効率（％）であり、マージンは不活性化及び完全なシステム要因に適用される従来の性能マージンであって、０．２５〜０．９５の範囲の値であり、
ｕｉｎｆは前記触媒反応器のすぐ上流の平均自由流速度（ｍ／ｓ）である、請求項５に記載の触媒反応器。 The catalytic reactor
Here , x is 0.001 to 0.1,
dp is the static pressure difference (water column inch) before and after the catalytic reactor measured in the field.
P is defined as P = -ln (1-deNO x / 100 ) / margin, deNO x is the NO x removal efficiency (%) of the catalytic reactor, and the margin is for inactivation and complete system factors. The conventional performance margin applied, which is a value in the range of 0.25 to 0.95 .
The catalytic reactor according to claim 5 , wherein u inf is the mean free path (m / s) immediately upstream of the catalytic reactor.
ここで、ｙは０．７２未満であり、
前記構造触媒体は３１よりも大きいｃｐｓｃｍ（２００よりも大きいｃｐｓｉ）を有し、
ｄｐは現場で測定した前記触媒反応器の前後の静圧差（水柱インチ）であり、
ここで、Ｖｄｏｔ は煙道ガスの体積流量（Ｎｍ ３ ／ｈｒ）であり、
Ｖは前記触媒反応器の触媒体積（ｍ ３ ）であり、
ＡＰは単位容積当たりの濡れ面積（ｍ ２ ／ｍ ３ ）であり、
ｕｉｎｆは、前記触媒反応器のすぐ上流の平均自由流速度（ｍ／ｓ）である、請求項５に記載の触媒反応器。 The catalytic reactor
Here, y is less than 0.72,
The structural catalyst has a cpscm greater than 31 (cpsi greater than 200).
dp is the static pressure difference (water column inch) before and after the catalytic reactor measured in the field.
Here, V dot is the volumetric flow rate of flue gas (Nm 3 / hr) .
V is the volume of the catalyst prior to Symbol catalytic reactor (m 3),
AP is the wet area (m 2 / m 3 ) per unit volume.
The catalytic reactor according to claim 5 , wherein u inf is a mean free path (m / s) immediately upstream of the catalytic reactor.
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